Dextran: A Multifunctional and Universal Electrolyte Additive for Aqueous Zn Ion Batteries

电解质 材料科学 法拉第效率 水溶液 电池(电) 化学工程 右旋糖酐 电化学 电极 色谱法 化学 有机化学 量子力学 工程类 功率(物理) 物理 物理化学
作者
Jing Li,Zhongyuan Guo,Jiacheng Wu,Zhi Zheng,Zixun Yu,Fangxin She,Leo Lai,Hao Li,Yuan Chen,Li Wei
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (37) 被引量:97
标识
DOI:10.1002/aenm.202301743
摘要

Abstract The aqueous Zn ion battery (ZIB) is a potentially sustainable energy storage device. However, its performance is still far from satisfactory. Herein, it is demonstrated that a branched sugar, dextran, widely used in eyedrop products to relieve irritated eyes, is a multifunctional and universal electrolyte additive to enable high‐performance ZIBs. Experimental and theoretical results reveal that dextran has four functions: forming a surface protective layer to minimize side reactions, facilitating stepwise [Zn(H 2 O) 6 ] 2+ desolvation, preferably adsorbing on Zn(0002) planes to supply desolvated Zn 2+ and homogenizing electric field. These functions are universally observed in Zn(CF 3 SO 3 ) 2 , ZnSO 4 , Zn(ClO 4 ) 2 , and ZnCl 2 aqueous electrolytes. As demonstrations for practical applications, Zn anodes deliver Coulombic efficiency of 99.97% after 3400 cycles in an electrolyte with 50 mg mL ‒1 of dextran and cumulative plating capacity of 3400 mAh cm ‒2 at 5 mA cm ‒2 . Zn//V 2 O 5 full cells with a low negative/positive electrode capacity ratio of 2.18 can be stably cycled over 138 cycles at 1 A g ‒1 . Pouch full cells can work under mechanical bending conditions. Zn//polyaniline full cells can cycle steadily for 3000 cycles at 0.5 A g ‒1 at −10 °C. Dextran shows excellent potential as a low‐cost and non‐toxic electrolyte additive to enable safe and reliable ZIBs.
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